电机的磁场与磁通方向

电机的磁场与磁通方向

Structure Classification of Generator 直驱风力发电机对发电机有特殊的要求，因为风力机转速低，直驱风力发电机要能在低转速下正常发电，但低转速发电机体积通常很大，缩小体积是主要的技术要求，缩小直径或缩短厚度（盘式电机）都是重要的。为了实现这些目的，直驱风力发电机采用了与常规电机不同的结构，结构不同主要表现在定子与转子的相对位置上，也就是磁场或磁路上，下面对几类电机结构作简单介绍。

按气隙磁通方向分类

径向气隙磁通

发电机依靠转子对定子的相对运动来发电，在定子与转子之间的间隙称为气隙。在传统电机结构中，定子在外围，转子在中间旋转，见图1右图，定子与转子之间的间隙为柱面，见图1左图，图中半透明的柱面即为气隙面，磁力线垂直于气隙面，与所在点直径方向平行，称为径向气隙磁通。

图1 径向气隙磁通径向气隙磁通广泛应用在传统的发电机与电动机中。

轴向气隙磁通

在多数盘式结构电机中，定子与转子都呈盘型结构，两者间的气隙是与电机转轴垂直的平面，见图2右图（为表示清楚，夸大了定子与转子的距离）。图2左图是该气隙平面，用半透明表示该气隙面。磁力线垂直于气隙面，与转轴方向平行，称为轴向气隙磁通。

图2 轴向气隙磁通

轴向气隙磁通主要用在盘式电机中，以适应垂直轴风力机的要求或其他特殊应用场合。按定子磁通方向分类

纵向定子磁通

磁力线穿过电机定子与转子形成闭合回路，是一个环绕的磁通。传统电机的环绕磁通所在平面与转子运动方向平行，称为纵向定子磁通，简称为纵向磁通。图3是纵向定子磁通的示意图，展示了一段拉直的定子与转子中的磁通回路。

图3 纵向定子磁通纵向定子磁通广泛应用在传统发电机与传统电动机中。

横向定子磁通

横向磁通是一种新型的电机结构，图4左图是一段拉直的定子与转子布置示意图，定子铁芯采用U形结构，图中有两个U形定子铁芯（整个电机有若干个U形定子铁芯），铁芯中部是定子线圈导线。转子与U形定子铁芯间有气隙，图4右图把U形定子铁芯变为半透明状态，显示出U形定子铁芯内磁力线，也就是磁通回路，该回路所在平面与转子运动方向垂直，称这种结构形式为横向定子磁通，简称为横向磁通。

图4 横向定子磁通

横向定子磁通形式繁多，结构复杂，较多用于低转速电机。

按永磁体的安装方式分类

表面安装

永磁体的安装分为表面安装与聚磁安装。

在图5中的永磁体安装在转子磁轭面上，永磁体的磁通直接穿过气隙进入定子，简单说就是永磁体磁通与气隙平面垂直。

图5 表面安装的永磁体聚磁安装

在图6中的永磁体嵌装在转子磁轭内，其磁通通过磁轭穿过气隙进入定子。永磁体磁通方向与气隙平面平行，称为聚磁安装。

图6 聚磁安装永磁体

表面安装相对聚磁安装要简单一些；聚磁安装可用磁通面积较大的永磁体，有利于提高气隙磁通密度。

聚磁安装的永磁体也可与气隙平面有一定夹角，也可与表面安装混合运用。